www.comtesfht.cz

Optimierung der Eigenschaften von 3D-gedruckten metallischen Bauteilen

Optimalizace vlastností kovových součástí vyrobených 3D tiskem

Pavel Šuchmann, COMTES FHT a.s.

www.comtesfht.cz

Gefüge metallischer Werkstoffe nach der ErstarrungStruktura kovových materiálů po ztuhnutí

2

Gussgefüge

Licí struktura

Die Körner wachsen in der Richtung des größten Temperaturgradients

Zrna rostou ve směru největšího teplotního gradientu

Langsame Erstarrung und Abkühlung

Gleichgewichtszustand, geringeEigenspannungen

Pomalé tuhnutí a ochlazení rovnovážný

stav, malá vnitřní pnutí

Höhere Abkühlrate

Ungleichgewichtszustand, höhereEigenspannungen

Vyšší rychlost ochlazení nerovnovážný

stav, vyšší vnitřní pnutí

www.comtesfht.cz

Besonderheiten der LaserschmelzvorgängeSpeciální aspekty tavení laserem

Geringes Volumen der Schmelze

Malý objem taveniny

Hohe Erstarrungs- und Abkühlgeschwindigkeiten

Rychlé ztuhnutí a ochlazení

3

Feines Gefüge

Jemná struktura

Häufig relativ hohe Eigenspannungen

Často vysoká vnitřní pnutí

Eigenschaften unterschiedlich vom konventionellen Gussgefüge

Jiné vlastnosti než u klasické licí struktury

www.comtesfht.cz 4

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50

Strain extensometer in %

Str

ess i

n M

Pa

LCS_Standard

LCS_M-TT

Steel_Standard

Steel_M-TT

Ti_Standard

Ti_M-TT

P91_Standard

P91_M-TT

COST F _Standard

COST F _M-TT

Al_Standard

Al_M-TT

Cu_standard

Cu_M-TT

VERGLEICH DER ERGEBNISSE MINIATURPROBEN/STANDARDPROBENPOROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ MINIATURNÍ VZORKY/STANDARDNÍ VZORKY Zugversuche identisch mit dem

Standardprüfverfahren

Zkoušky tahem identické sestandardními zkouškami

Mechanische Prüfungen auf sehr kleinen PrüfkörpernMechanické zkoušky na velmi malých vzorcích

www.comtesfht.cz 5

Beispiele der analysierten BauteilePříklady analyzovaných dílů

www.comtesfht.cz

3D-gedruckte PrüfkörperVzorky vyrobené 3D tiskem

Vergleich von zwei Größen 3D-gedruckter Prüfkörker (mit und ohne finale mechanische Bearbeitung)

Porovnání dvou velikostí vzorků vyrobených 3D tiskem (s následným opracováním a bez něj)

www.comtesfht.cz

GefügeanalyseAnalýza mikrostruktury

Optisches Mikroskop

Optický mikroskop

Rasterelektronenmikroskop

Řádkovací elektronový mikroskop

7

3D-Gefügebild

3D zobrazení mikrostruktury

Untersuchung der Porosität mit Hilfeder Bildanalyse

Zkouška porozity pomocí obrazové analýzy

www.comtesfht.cz

Härteprüfung im „Mikro-“ und „Nanobereich“Zkouška tvrdosti v oblasti „mikro“ a „nano“

Vickers (0,01 – 10)

Nanoindentor• Elastische und plastische

Werkstoffeigenschaften im Nanobereich

• Elastické a plastické vlastnosti materiálů v oblasti naometrů

• Belastung ab 10 μN bis 500 mN(Auflösung 3 nN)

• Zatížení od 10 μN do 500 mN

(Rozlišení 3 nN)

8

www.comtesfht.cz 9

Optimale Probengeometrie fürkomplexe Prüfungen

Optimální geometrie vzorků pro komplexní zkoušky

▪ Johnson – Cook

▪ Bai - Wierzbicki

▪ Modified Mohr-Coulomb

▪ Hosford-Coulomb

𝐷 = න0

ത𝜀 𝑑 ҧ𝜀

Ƹ𝜀(𝜆, ҧ𝜃)

a) b) c) d) e) f)

g)

h)

a), b) micro tensile samplec), d) micro notched tensile samplee) shear test samplef) V-bending test sample, plane strain sampleg) small punch testh) punch test

Analyse der Plastizität und der duktilen Schädigung

Analýza plasticity a tvárného poškození

www.comtesfht.cz

Analyse der Eigenspannungen – Methode „Contour Cut“Analýza vnitřních pnutí – metoda řezu

10

Schneiden des Bauteils im gewünschten Bereich Rozřez vzorku v požadované oblasti

Vermessen der Geometrie der Schnittfläche Změření tvaru plochy řezu

Berechnung des inversen Problems mit Hilfe der FEM Výpočet inverzní úlohy pomocí MKP

Auswertung der Eigenspannungen Vyhodnocení vnitřních pnutí

Prinzip der MethodePrincip metody

www.comtesfht.cz

Optimierung der Eigenschaften durch gezielteWärmebehandlung

Optimalizace vlastností cíleným tepelným zpracováním

11

Vakuumhärten, -Glühen usw.

Vakuové kalení, žíhání aj.

Lokale Härtung/Entfestigung durch Induktion oder Laser

Lokální zpevnění/odpevnění indukcí nebo laserem

www.comtesfht.cz

Zusammenfassung / Shrnutí

12

3D-gedrucktes BauteilSoučást vyrobená 3D tiskem

Analyse der lokalen EigenschaftenAnalýza lokálních vlastností• Festigkeit / pevnost• Härte / tvrdost• Plastizität /plasticita• Gefüge usw. /mikrostruktura atd.

Optimierung der Eigenschaften durch einegezielte Wärmebehandlung

Optimalizace vlastností pomocí cíleného tepelného zpracování• Komplett oder partiell (im gewünschten Bereich)• Kompletní nebo částečné (v požadované oblasti)

www.comtesfht.cz

Danke für die Aufmerksamkeit

Děkuji za pozornost

13